高速公路智能化无人收费技术探讨

金雷 彭文 张云

摘要 随着交通运输部下发《取消高速公路省界收费站总体技术方案》，以“电子不停车收费（ETC）”技术为代表的智能化无人收费系统自国家层面逐步走上高速公路运营的舞台。高速公路向“无人、非现金、高效通行”的方向快步发展，而目前国内大部分高速公路公司仍使用传统收费方式，尚未探寻具体无人收费方式。通过对比分析有人、无人收费的利弊，结合现有技术手段，探究智能化无人收费的实施方式，以期探寻高速公路运营降本增效的新型收费技术。

关键词 无人化收费;智慧高速;降本增效

中图分类号 U492.2+2 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）05-0007-03

0 引言

截至2020年末，我国高速公路通车里程已达16.1万km，公路基础设施的快速发展，大幅提高了公路通行能力和运输效率。

与此同时，高速公路运营依旧保持传统收费模式，对信息技术应用缺乏重视，信息化平台开发的技术支撑还有待进一步加强，相应行政指导性文件亟待完善，以及全国高速公路网还未形成科学、有效的信息化共享平台等问题成为了目前高速公路运营的短板。而取消省界收费站工程实施以来，ETC的推广使得高速公路运营管理迎来新的转折，运营效率逐渐与快速发展的高速公路运输能力矛盾初显。

因此，加强对高速公路信息化管理建设的现状分析，探究推进信息化建设的优化措施至关重要。该文以公开资料为指导、以各省发布的《高速智慧高速建设指南》为引，通过对比分析傳统收费方式及无人自动化收费方式及其利弊，简单讨论无人化智慧收费模式具有的现实意义，并据此探讨智能化无人收费的实施方式。在提倡交通强国的时代背景下，高速公路智能化无人收费技术的研究应用，是智慧高速发展的重要支撑，对当前乃至未来十年的高速公路运营的降本增效具有重要价值。

1 高速公路收费现状

目前，我国高速公路主要为出入口管控的人工收费结合ETC分段式计费的方式。自2019年撤站工程后，在原有收费站设备保持不变的情况下，增设ETC天线、感应线圈、RSU控制器等设备。将部分车道由原人工收费车道改为ETC专用车道，撤销原有收费人员，其余车道因政策、社会实际情况等因素，保留收费人员，改为“人工/ETC”混合收费模式进行收费。

2 智能化无人收费技术意义

目前我国高速公路收费系统主要针对高速公路封闭式车道，采用人工收发、ETC门架阶段式标记的方式，以集5.8 GHz和13.56 MHz通信功能于一体的CPC卡、车载OBU+ETC卡、纸质通行券（极少）为通行计费媒介的方式进行计费、扣费动作[1]。由于部分高速公司对数据传输缺乏长期考量，未进行大规模的扩容升级改造，同时，现阶段高速公路通行仍存在现金流交易，且大部分收费站混合收费车道数量高于ETC车道，通行速度、系统交易速度、数据传输速度，以及通信线路无疑阻碍了以自由流为核心的高速公路通行机制发展。

2019年5月16日，交通运输部正式下发的《取消高速公路省界收费站总体技术方案》中明确提出依托电子不停车收费（ETC）技术进行收费，减少人工服务，提高车辆通行率。全国省界收费站撤除后，机电设备数量剧增，高速公路现有岛面机电设备多、位置分散，多数控制协议无法兼容，设备供电和控制方式复杂，导致线井杂乱，机电维护人员处置故障难度提高。随着收费系统进一步升级改造，收费站更趋向少人化和无人化管理，对设备可知可控以及运维管理提出更高要求。收费模式也应由以人工收发CPC卡、纸质通行券为代表的半自动收费向以ETC通行为代表的全自动收费稳步前行。

3 新旧收费模式的优劣分析

传统收费方式主要为利用CPC卡、纸质通行券的通行计费媒介，采用收费设备计量、人工核准，进行车型分类、重量识别、收发卡等动作，进行出入口收费工作（以下简称半自动收费）。无人收费（自由流通行收费、“不停车收费”）则是采用以ETC自由流通收费行为代表的方式，利用工控机、服务器、RSU、ETC天线、收费数据软件等进行自动识别核准进行出入口收费工作（以下简称无人收费）[2]。两种收费方式各有利弊，简述如下：

3.1 半自动收费的优势

自2019年撤站工程完成后，除ETC车道外，混合车道以半自动形式，通过称重设备、轮轴识别设备、车牌识别设备等进行车辆、车型、轮轴、重量识别，以人工核准并收发卡形式进行出入高速公路。其优势主要有以下几点：

一是有利于对非法车辆、违章车辆的稽查。采用人工核准、设备辅助的形式进行收费工作，可利用收费系统出入口读写设备随时检验车辆的实际信息，使用人工判别，对套牌、换卡、超重等违法、违章车辆的查处准确性更强。

二是对收费设备的要求较低。相较于无人收费，半自动收费所需要的称重设备、工控机、轮轴识别等收费设备早已趋于成熟，设备的采购、维护、维修成本较低，且对于通信传输的要求不高，有利于运营阶段的维护保养。

三是有利于堵漏增收，保障颗粒归仓。半自动收费方式，由于收费动作的主体为收费员，对于偷逃费用等情况的甄别准确度较高，可有效减少此类情况的出现，对于高速公路运营公司的合法利益维护提供了有力保障。

3.2 半自动收费的劣势

一是收费工作流程繁杂，出错率较高。由于人工操作较多，收费流程较为复杂，为收费流程的错误提供了较多的空缺，经验欠缺或培训不足的收费员容易出现较多的收费错误[3]。同时，对于坏卡、通行卡缺失等突发状况的解决无法有效做到标准统一，对于高速公路运营收益存在一定影响。

二是工作人员需求量较高。由于半自动收费以人为核心，收费站对收费员、管理人员的需求量较高[3]，对于人员的管理来说是不小的挑战，且由于对人员的需求量较大，人工成本对公司也造成一定的压力。

三是缴费时间较长，效率不高[4]。由于车辆出入站的减速、排队等候、收发卡、缴费、驶离动作皆增加了通行时长，通行效率不高，且对于车流量较大的收费站易存在拥堵的隐患。

3.3 无人收费的优势

3.3.1 通行效率高

无人收费因设备的高度电子自动化，通过使用天线记录、线圈感应、高分辨率摄像机采集信息，通过光缆将各类信息汇总于收费终端，并进行费用判别及扣费放行等工作[5]。车辆记录、车型识别、重量核准、扣费等动作都以毫秒为单位，可做到“不停车收费”，减少了等待延误时间，提升了车辆的通行效率，有利于收费站高峰期拥堵情况的缓解。

3.3.2 降低人工成本

无人收费由于设备自动化程度高，无须收费人员值守即可完成出入口的放行及收费动作，仅需保留少量的收费人员现场处理突发事件，同时增强设备维护保养人员、管理人员[6]。目前，根据各高速公路公司的管理方式、收费站规模，收费站的普遍人数为15～25人之间，在采用无人收费后，收费站人数可减少至10人内，人工作业成本大大降低。

3.3.3 面向未来的高适应性

无人收费对于设备的自动化、通信效率要求较高[7]，根据目前国家出台的相关政策，无人收费几乎成为智慧高速中的一个重要环节，无人驾驶、车路协同、大数据平台及物联网交通互联中需要有收费站的支持，而半自动收费无法满足智慧交通的发展需要。也可以说是高速公路的发展趋势，它对未来智慧交通的支持上适应性更好，同时，更高的通信效率也为未来技术更迭提供了较为便捷的改造条件。

3.3.4 提升管理水平

无人收费的工作主要集中于電子化的数据处理，利用无人收费终端的数据传输，高速公路公司相关管理人员可利用相应系统，实现数据的跨区域调阅、实时查询、数据分析等功能，并针对性地进行管理[6]，对于提升公司的管理水平有一定的帮助。

3.4 无人收费的劣势

3.4.1 交易感应时间对设备的要求较高

在无人收费场景应用中，主要是通过ETC自由流交易，以栏杆机、ETC天线、RSU、OBU、感应装置等设备组成无人收费设备群组进行车辆的放行、记录、交易等动作的控制[8]。由于高速公路普遍存在着车流量大、车辆行驶速度快的特点，意味着车辆在交易区域内停留的时间短，留给RSU与OBU进行交易通信的时间很短，对设备的通信传输、数据处理能力要求较高。

3.4.2 邻道干扰情况普遍存在

与交易成功率相关的另一个重要问题是邻道收费公路的干扰，根据现阶段采用的通信技术的特性，如果自由流信号的传输性能过高，系统中的RSU之间会存在干扰[6]。因此，邻道干扰问题成为一个普遍现象，对于“不停车收费”来说存在一定的挑战。

3.4.3 前期投入较大

无人收费由于对设备、通信传输效率要求较高，且设备数量较多，扩大了收费设备的规模，增加了工程的投资成本，对于现存收费站的升级改造是一个不小的挑战[3]。同时，设备精度的提升，对于日常的设备维保人员质量要求变高，工作量也相应增加，运营成本也因此上升。

3.4.4 缺乏核准机制

由于我国的无人收费尚处于初级阶段，目前，CPC卡与车辆的实际身份在技术层面并不存在绝对绑定的关系[3]，且由于偷逃过路费的方式多种多样，无人收费无法很好地核查车辆的准确通行费用，协助进行自动化清分校核的相关系统亟待实施应用。

3.5 综合分析

总的来看，半自动收费有着较低的技术、设备投入，且校核准确性较高，但人员编制臃肿，无法精简，致使人工成本高的特点贯穿整个运营期，同时通行效率较低，易造成车辆拥堵。而无人收费尽管在前期建设投入较大，且对于设备、技术要求较高，但能够强化公路运营公司管理质量，且通过减少人工作业开支，降低部分运营成本，是具备更好地面对高速公路未来发展条件的收费方式。

4 无人收费的实施举措

目前，浙江省、江苏省和山东省已发布《智慧高速公路建设指南》，均提出要发展支持全天候通行、全路段感知、全过程管控的交通感知网，降低各类潜在通行影响及路网运行负荷、提高路段通行能力。通过发展、应用以ETC技术、电子车牌、机器视觉、北斗高精度定位等多种技术实现的自由流收费管理（无人收费），为智慧高速建设中的全过程管控及全路段感知补齐短板。

由于目前尚处于智慧高速探索阶段，由收费管理与计算平台、收费站车道系统、ETC门架系统等组成的ETC技术为现阶段自由流收费的主要手段，对于无人收费的未来发展进行了一定程度的展望。根据目前三省的《智慧高速公路建设指南》相关指导意见，无人收费的实施应着力于以下几个部分：

4.1 提升视频处理能力

车牌识别仪、路侧及门架摄像机应集高分辨率视频记录、视频处理和车牌识别功能于一体，准确捕捉车牌等车辆载荷的重要信息，视频监测系统应具备车身颜色识别、号牌识别、车标识别、车型识别，尤其是新型车牌，以及事件检测和特征抓取等功能[9]，实现收费数据的可靠性及用于分析排查数据，进行车辆相关信息预处理。同时系统还应具备校核功能，以确保识别的准确性，减少车辆于收费站的等待延迟时间，并在必要时更精确地分析假冒车辆。

4.2 电子标签提供更多车辆信息，以确保装载数据的准确性

利用RFID的技术特点，所有车辆上使用电子车牌，电子车牌作为车辆信息的载体，与个人银行进行关联，通过装射频识别读写器，对各辆机动车电子车牌上的数据进行采集或写入[10]，达到车辆与收费系统通信的目的。

4.3 完善多网融合通信系统建设

由于无人收费的特殊性，应当强化高速公路通信传输能力，采用有线光缆、无线传输（短距离+长距离）的多种通信技术，利用ZigBee、V2X等通信手段，将高速公路各类设备融合集成[11]。提供低延时、高可靠、全覆盖的数据通信网络，将数据传输控制在毫秒级，强化数据处理能力。

5 结语

技术可以引领未来。在智能交通领域，以ETC技术为主的无人收费是一种面向未来，且步入眼前的高速公路收费管理技术。通过强化数据通信技术手段，融合电子车牌、智能识别系统等多种智能化产品，结合高速公路沿线的摄像监控設备、ETC天线、路测RSU等相关设备，进行图像识别、数据记录、信息处理，并实现收费结算管理的“不停车收费”（无人收费）已初显端倪，具备实现的技术条件，且具有较高的经济意义，一定程度实现高速公路运营的降本增效，能够很好地替代现有半自动收费方式，成为主流高速公路收费技术。

参考文献

[1]许宏科， 赵祥模， 关可. 高速公路收费系统理论及应用[M]. 北京：电子工业出版社， 2003.

[2]刘喜梅. 高速公路的几种收费方式[J]. 交通世界， 2008

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[3]吝满盈， 张喜玲， 曹佳宝. 高速公路收费方式的优化[J]. 中国交通信息化， 2010（12）： 36-38.

[4]黄文杰. 高速公路收费方式的比较[J]. 中国科技信息， 2009（14）： 182+184.

[5]宋蕾. 高速公路联网收费系统分析[J]. 科技情报开发与经济， 2004（3）： 157-158.

[6]孙羽. 我国高速公路电子智能收费系统ETC[J]. 科技展望， 2015（1）： 205-206.

[7]沈佳平， 李炳政， 孟军波， 等. 高速公路收费站无人值守发卡机自动发卡系统[J]. 中国交通信息化， 2016（2）： 102-104.

[8]叶红芸， 张健. ETC多车道自由流实现方案[J]. 中国交通信息化， 2013（9）： 66-67.

[9]浙江省交通运输厅. 浙江省智慧高速公路建设指南（暂行）[EB/OL]. （2020-03-12）http： //jtyst. zj. gov. cn/art/2020/3/12/art_1229114320_617395. html.

[10]山东省交通运输厅. 山东省智慧高速公路建设指南（试行）[EB/OL]. （2021-07-01）http： //jtt. shandong. gov. cn/art/2021/7/1/art_12459_10291535. html.

[11]江苏省交通运输厅. 江苏省智慧高速公路建设技术指南[EB/OL]. （2020-03-12）http： //jtyst. jiangsu. gov. cn/art/2020/11/30/art_41780_9585513. html.